膨潤土「千層結構」發揮屏障效應,氫氣阻隔塗料實現超薄高防護性能

 

刊登日期:2025/12/10
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日本膨潤土(Bentonite)龍頭企業Kunimine Industries推出一款具有優異氫氣阻隔性能的塗料,可望適用於氫能基礎設施等相關零組件用途。此塗料僅需1微米的厚度,即可展現與厚度100微米不鏽鋼(SUS)同等以上的氫氣阻隔效果,並能抑制金屬因氫滲入而發生的「氫脆」現象。Kunimine Industries期利用此項技術,因應今後在氫能供應鏈建設方面的需求。
 
新開發的水性氫氣阻隔塗料「KIC-JA1」由Kunimine Industries與產業技術綜合研究所(AIST)、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)共同開發而成,係將天然膨潤土主成分「蒙脫石(Montmorillonite)」提高純度後的精製黏土「Kunipia」與水溶性樹脂製成。蒙脫石結晶呈現高長寬比的層狀結構,可以有效阻隔氫氣滲透。在塗膜中,蒙脫石晶片與樹脂形成高密度「千層派式」堆疊構造,使氫分子通過路徑延長且複雜化,進而發揮高阻隔性能。以最小原子體積的氦氣(He)為測試氣體的實驗結果顯示,相較於聚乙烯醇(PVA),新塗料展現出最大1,000倍的氣體阻隔性能,與尼龍樹脂相比,氣體阻隔性能最高則可達2.5萬倍。
 
此外,在抑制金屬氫脆的效果驗證方面,研究團隊在模具鋼(Die Steel)上塗覆氫氣阻隔塗料,並於200℃、20 MPa的高溫高壓環境中暴露於氫氣5小時之後,確認實驗物體幾乎未吸收氫氣。為評估氫脆性而進行低應變速率拉伸試驗(SSRT)後,也確認實驗物體與未暴露於氫氣的樣本有相同表現,證實塗層能有效防止氫滲入,維持金屬韌性。「KIC-JA1」可噴塗施工,僅須塗佈於基材並乾燥即可賦予高氫氣阻隔性。若在塗佈前使用專用底塗「錨定劑(Anchor Coat)」處理,則可廣泛應用於樹脂、金屬等多種基材。由於蒙脫石的耐水性、耐濕性、耐刮性較差,因此在特定環境使用時,須與保護塗膜之表面塗料(Top Coat)併用,以確保穩定性。
 
「KIC-JA1」將可適用於氫氣管線、加氫站、燃料電池車(FCV)等使用的儲氫槽、接頭與管件等零組件領域。Kunimine Industries亦已與產業技術綜合研究所(AIST)、福島再生能源研究所(FREA)展開合作,投入具有氫氣阻隔功能之密封材料的開發。另一方面,「Kunipia」具備優異的氧氣阻隔性能,目前已應用於食品包裝材料的填料用途。現階段則進一步展開具水蒸氣阻隔性能之產品的開發,並針對半導體與電子材料的封裝用途進行評估。短期內Kunimine Industries將結合現有市場需求,長期則以氫能基礎設施的擴大與脫碳社會轉型為契機,推進雙軌策略以拓展商機。

資料來源: https://chemicaldaily.com/archives/720562
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